0 引言

中国泥炭土主要分布于东北山地和青藏高原，在云贵高原、华北平原、长江中下游及华南沿海等地区也有较多分布（佴磊等，2012）。泥炭土是由腐殖质、有机残体及矿物质构成的特殊性土，具有机质含量高、含水量大、孔隙比大、强度低等特点（丁晓红，2009）。在基坑支护施工时需采取措施以提高基坑底部加固强度或提高围护结构的止水效果。止水帷幕常用施工技术有高压喷射注浆、深层搅拌、压力灌浆、射水成墙、咬合桩、地下连续墙 TRD 工法等（孙站柱，2019）。目前，水泥搅拌桩己经较广泛地应用于软土地基加固、基坑支护等工程，其具有适用范围广、加固深度大、施工工期短、成本低、施工机械化程度高等特点（侯英杰，2015）。刘奇（2022）以深厚层软土地基为研究对象，就水泥搅拌桩处置机理、施工技术方案和桩体沉降规律进行了分析和对比研究。朱建勋（2022）结合高有机质泥炭土的特性，分别采用黏土浆液、水泥+石膏浆液改良后施作两重管高压旋喷进行对比试验，发现水泥+石膏浆液地基加固效果最好。阮永芬等（2021） 采用化学加固法改良湖相泥炭质土，通过试验确定化学固化剂的最佳配合比。昆明盆地临近滇池湖岸一带分布的泥炭土厚度较大，上覆土层比较薄、固结程度低，性质极差（桂跃等，2016）。赵瑞东和伍琪琳（2023）及薛元等（2015）的研究表明，泥炭质土中的胡敏酸及富里酸会对水泥水解、水化反应产生延缓及破坏作用，水泥浆与泥炭质土很难均匀拌和胶结，形成的水泥搅拌土强度和抗渗性都不理想。曾经也有部分学者尝试采用咬合黏土桩作为止水帷幕，但因其工艺复杂、施工速度较慢、成本高而未能在昆明地区广泛应用（洪洁，2010）。三轴深搅桩止水帷幕具有施工速度较快，搅拌均匀等优点，特别是在黏性土、粉土及粉砂中搅拌后水泥土的抗渗性及强度提高较大，但在厚层饱和泥炭质土区的成桩效果试验、检测资料并不太多。因此，研究厚层泥炭质土区三轴深搅桩施工工艺与成桩质量，具有重要的实际应用价值。

1 研究区概况

研究区位于昆明市西山区滇池路与广福路交叉口南侧，总用地面积 52943.5 m²，总建筑面积为 112500 m²。拟建项目由 2 栋办公楼、2 栋酒店和一栋独栋客房组成。办公楼层数为 2～8 F，建筑高度 10.8～36 0 m；酒店层数为8 F，建筑高度36. 0 m；独栋客房层数为2F，建筑高度10.8 m。拟建项目主基坑区域设置两层地下室，南侧 4#、5#楼区域设置一层地下室。两层地下室部位基坑开挖深度为9.2～9.9 m，基坑开挖线周长为651 m（图1）。

研究区基坑工程重点保护对象为项目西侧在建地铁5#线和滇池路，地铁车站出入口外墙距离基坑开挖线约 15.4 m；北侧广福路距离基坑开挖线 45.4 m，东侧采荷路和某 5 层框架结构建筑距离基坑开挖线最近为 32.9 m，南侧云玺路和华夏曦岸小区 3 层框架结构建筑距离基坑垂直开挖线最近为 27.4 m。此外，场地西侧滇池路、北侧广福路地下埋设有电力、给排水、通讯、燃气等各种市政管线共 31 条，埋深 0.45～1.80 m、管径 75～1000 mm、距基坑边最近距离11.70 m。

2 工程及水文地质条件

场地地表为近期形成的人工填土，其下为第四系湖沼相及冲湖积相地层，以黏性土、泥炭质土和粉土、粉砂层为主。其中泥炭质土为深灰、褐灰、灰黑、黑色，含大量腐烂植物残体，有腥臭味，以软塑状态为主，局部为流塑状态。有机质含量 28. 0%～42.8%，平均为 35.2%，灵敏度 St=2.10～3.50，平均为 2.64，属中等灵敏土。层厚 3.78～8.80 m，分布于基坑中下部及底部，再往下为稍密结构或软塑—可塑状态粉土、粉砂及黏土、泥炭质土层（图2）。场地地下水丰富，稳定水位在地面下 0.10~2. 00 m。场地各土层物理力学性质指标如表1所示。

3 基坑支护设计方案

3.1 基坑支护难点

（1）场地空间狭小，基坑开挖线紧邻用地红线，不具备放坡条件，须采取垂直支护。

（2）西北侧为5号线地铁车站，属于城市轨道较近保护区，车站出入口外墙距离基坑开挖线 15.4 m，属于重点保护对象。

（3）基坑开挖范围内揭露大厚度的软弱土层，泥炭质土灵敏度高、抗剪强度低，为典型的“高含水量、高孔隙比、高流变性”的土层。

3.2 基坑支护方案

根据场地工程及水文地质条件、环境条件及基坑支护难点，设计采用内支撑支护方式，设置 Φ800 支护桩+1道钢筋砼支撑+Φ850三轴深搅桩+挂网喷砼支护体系。止水帷幕及基坑降排水采用“坑外设置 Φ850@三轴深层搅拌桩+坑内集水明排”措施。三轴深层搅拌桩截水帷幕厚 850 mm，桩长 L=20 m，每一施工单元槽长度 1800 mm，单元槽间距 1200 mm。基坑支护平面布置如图1所示，。

3.3 三轴搅拌桩设计参数

（1）清除地下障碍物：本场地障碍物埋深多在 2.5 m以内，用挖掘机清除障碍物后，分层回填夯实 （章兆熊等，2010）。

（2）水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水灰比为 1. 0～1.2，水泥掺入量为 22%，早强减水剂为水泥用量的 3%，生石灰用量为水泥用量的 5%～8%。

（3）搅拌速度下沉控制在 0.5 m/min 以内，提升速度控制在 1. 0 m/min以内，注浆泵压力控制 0.8～1. 0 MPa，不间断的进行供浆（李昌，2013）。三轴深搅桩每天每台班做试块 1 组，要求 28 d 无侧限抗压强度不小于 1. 0 MPa；对每根桩做好详细的施工记录。

4 检测方法及检测结果

采用了钻心取样及室内试验、轻型圆锥动力触探等检测手段，对先施工的三轴搅拌桩进行了检测 （赵蕊等，2023）。

4.1 检测方法

（1）轻型圆锥动力触探

采用轻型圆锥动力触探试验对三轴搅拌桩桩身质量进行检测，分别检测成桩后 3 d、7 d、14 d、28 d的锤击数，为提供对比数据，同时对桩身周边的原土层进行试验。

（2）钻心法取样

对成桩后 7 d、14 d、28 d 的三轴搅拌桩采用钻心法进行取样，钻探设备采用XY-100型地质钻机，薄壁合金钻头、双管单动钻进工艺进行钻心取样，钻孔直径108 mm。

（3）室内试验

桩身抗压心样试件按每孔 6 件采取，分别对应勘察报告剖面中的②有机质黏土段 1 件、③泥炭质土段 3 件（上、中、下各 1 件）、④粉土段 2 件，进行 7 d、14 d、28 d 单轴抗压强度试验（赖峰和钱尼贵， 2012）。

4.2 检测结果统计及分析

轻型圆锥动力触探试验检测结果如表2 所示。三轴搅拌桩7 d、14 d及28 d龄期钻芯样照片分别如图3～图5所示。

由表2 轻型圆锥动力触探试验检测结果可看出，采用三轴搅拌桩成桩质量较好，3 d龄期桩芯水泥土的锤击数较原土层提高了1.32～3.32倍，锤击数提高最大的在③泥炭质土段，为 3.32 倍，锤击数提高最小的在①素填土段，为1.32倍；7 d龄期桩心水泥土的锤击数较原土层提高了2.85～6.98倍，锤击数提高最大的在③泥炭质土段，为 6.98 倍，锤击数提高最小的在①素填土段，为 2.85 倍；14 d 及 28 d 龄期的桩心水泥土强度过高，轻型圆锥动力触探已经无法贯入。

注：表中锤击数标示为$\frac{\text{最小值}\sim \text{最大值}}{\text{平均值}}$；14 d及28 d龄期因桩身强度太高，无法贯入取消试验。

由图3可知，7 d龄期心样胶结一般，搅拌均匀，局部有气孔，浅部水泥土已凝结成型，受钻机抽心机械扰动程度低。深部水泥土凝结程度稍差，受钻机抽心扰动后破损严重，心样松散。

由图4 可知，三轴搅拌桩 14 d 龄期心样胶结良好、搅拌均匀、连续、完整、断口基本吻合，坚硬，呈柱状。14 d龄期的局部段心样还会受抽心机械扰动而破碎。

由图5 可知，三轴搅拌桩 28 d 龄期水泥土已凝结成型，心样胶结良好、搅拌均匀、连续、完整、断口吻合，心样坚硬，呈长柱状。28 d龄期的心样基本不会再受抽心机械扰动而破碎。

4.3 单轴抗压强度试验结果及分析

室内单轴抗压强度试验的结果统计分析如表3所示。

根据室内单轴抗压强度试验的结果统计分析可知，三轴搅拌桩心样 14 d龄期强度就有大幅度提高，心样28 d龄期③泥炭质土段强度可达1.4 MPa。

4.4 成桩质量分析

检测结果表明，三轴搅拌桩适用于昆明湖相沉积软土区，尤其是泥炭质土分布区的基坑止水帷幕和被动区坑内土加固，水泥土搅拌均匀，强度提升较大，28 d 龄期强度大于 1. 0 MPa。结合基坑开挖至坑底设计标高及地下室施工期间，坑底基本干燥，坑壁未见渗水迹象，三轴搅拌桩止水效果良好。

钻心结果显示，原分布为③泥炭质土深度段的桩心水泥土，已经基本被其上下部位的填土、粉土及黏土所置换后与水泥浆均匀拌和，而在原③泥炭质土深度段以外的其他地层，水泥土心样则较原土层偏深色，掰开心样后可以发现有细小颗粒状的泥炭质土混杂于其中。得出结论是厚度达 7. 0 m 的 ③泥炭质土都被填土、粉土及黏土“置换”了，这是三轴搅拌桩与传统的单轴深搅工艺最大的区别。分析是单轴深搅桩仅有一个搅拌轴，难以在搅拌时让桩长范围的各种土层上下流动搅拌置换，只能是原位水泥浆拌合；而三轴搅拌桩的两个搅拌轴同向旋转喷浆与土层拌合的同时，中间轴逆向高压喷气在孔内与各种土层、水泥浆翻搅拌合，桩长范围的各种土层上下流动搅拌置换，形成了类似于“TRD” 工法中搅拌深度范围内土体间的上下翻搅置换作用。

3种检测手段都显示出一个规律，即浅部地层段的桩心水泥土无论是轻型圆锥动力触探锤击数，还是抗压强度指标都比深部地层偏低，分析原因可能是在水泥土初凝期受三轴搅拌桩机施工产生的机械振动影响导致。

5 结语

（1）三轴搅拌桩适用于昆明湖相沉积泥炭质土分布区的基坑止水帷幕和被动区坑内土加固，水泥土搅拌均匀，强度提升较大，止水效果良好。

（2）三轴搅拌桩因有中间高压喷气的作用，桩长范围的各种土层上下翻搅与水泥浆拌合，形成了类似于“TRD”工法中搅拌深度范围内土体间的上下翻搅置换作用。三轴搅拌桩桩身质量检测应采用轻型圆锥动力触探试验、抽心观察水泥土的搅拌均匀性和胶结完整性、室内抗压试验等综合性检测手段。

参考文献